Rad ioniz 2012

Las Radiaciones Ionizantes
Concepto. Unidades y
Magnitudes. Efectos Biológicos.
Aplicaciones. Reglamentación

13/04/2015 Curso de Inducción a la CNSNS 2
Objetivos:
• Definir el concepto de radiación ionizante.
• Identificar los diferentes tipos de radiación
ionizante.
• Reconocer las unidades y magnitudes
asociadas con las radiaciones ionizantes.
• Identificar los usos y aplicaciones.
• Reconocer la reglamentación
correspondiente.

Concepto
• La radiación ionizante está constituida por
partículas u ondas electromagnéticas
energéticas, capaces de producir la
ionización de un átomo o una molécula, es
decir, la ruptura del equilibrio eléctrico
(formación de iones).
• Un ión es un átomo o grupo de átomos, que
poseen carga eléctrica debido a que han
ganado o perdido electrones.
• La ionización depende de la energía de las
partículas u ondas, y no de su número.

¿Por qué es importante
conocerlas?
• Por su origen
• Por sus tipos y su forma de interactuar
con la materia
• Por su utilidad
• Por sus efectos para la salud
• Por su reglamentación

Orígenes de la radiación
• Natural: rayos cósmicos, materiales
existentes en la corteza terrestre, en el
aire, en los materiales para
construcción, en los alimentos y hasta
en el cuerpo humano.
• Artificial: producida por actividades
humanas.

¿De dónde vienen?
• Decaimiento radiactivo (núcleos
inestables que logran su estabilidad
emitiendo radiaciones y productos)
• Fisión nuclear (núcleos que se parten)
• Fusión nuclear (núcleos que se funden)
• Aceleradores de partículas (partículas
que son aceleradas en campos
electromagnéticos)

¿Cuáles son sus tipos?
Es posible agruparlas por:
• Su estructura
• Por su naturaleza onda o partícula
• Por la forma con la que interactúan con
la materia
• Por su capacidad de penetración
• Por su capacidad de ionización.

Tipos de radiaciones ionizantes
• Alfas o núcleos de
helio, de bajo poder
de penetración.
• Betas (electrones y
positrones), poder
de penetración
medio)
• Gammas (alto poder
de penetración)

Radiaciones Ionizantes
• Para que una radiación provoque ionización,
además de poseer la energía suficiente, debe
interactuar con los núcleos de la materia.
• Las partículas cargadas interactúan
fuertemente con la materia, provocando
ionización directa y experimentando baja
penetración.
• Las partículas sin carga (fotones y neutrones)
interactúan en un grado menor, provocando
ionización indirecta y manifestando altas
penetraciones.

Interacción con la materia

Neutrones
• Los neutrones interactúan con los núcleos atómicos,
dependiendo de su velocidad y del tamaño del
núcleo blanco, provocando así un núcleo inestable y
excitado, o produciendo protones de retroceso.
• El núcleo compuesto excitado (neutrón incidente +
núcleo original) puede recuperar su estado original
de energía, emitiendo un fotón gamma (captura
radiativa).
• Por otra parte, el núcleo compuesto puede también
recuperar su estabilidad y un estado energético
menor a través del decaimiento radiactivo o de la
fisión.

Gammas
• Interactúan fuertemente con las
partículas cargadas, por lo que si
poseen energía suficiente, pueden
provocar ionización mediante
dispersión.
• Su interacción es a través de tres
formas: efecto fotoeléctrico, efecto
Compton y producción de pares.

Betas
• Los eventos de ionización producen iones
positivos y electrones.
• Un electrón de alta energía puede interactuar
con la materia produciendo radiación de
frenado (“bremsstrahlung”), o puede también
generar electrones de retroceso d, los que a
su vez provocarán más eventos de
ionización.

Alfas
• Formadas por un par de neutrones y un
par de protones (núcleo de helio)
• Interactúan fuertemente con otras
partículas cargadas, por lo que
provocan ionización directa
• Poseen bajo poder de penetración por
su gran masa

Decaimiento Radiactivo
• Proceso en el que los núcleos
radiactivos inestables liberan energía
emitiendo radiaciones, transformándose
en núcleos estables.
• Estas radiaciones pueden ser partículas
u ondas electromagnéticas.
• La Radiactividad fue descubierta por
Henri Becquerel en 1896.

Radiactividad
• Durante su trabajo
con materiales
fosforescentes,
descubrió que sales
de uranio velaban
placas fotográficas
envueltas en papel
oscuro.

Radiactividad
• Posteriores trabajos de investigación realizados por
Marie y Pierre Curie, demostraron que la naturaleza
de la radiactividad era más compleja que el
fenómeno de la fosforescencia.
• Becquerel y los Curie recibieron por ello el Premio
Nobel de Física de 1903.

Radiactividad
• Ernest Rutherford
contribuyó a esclarecer
la estructura del átomo
(experimento de
Geiger-Marsden).
• Acuñó los términos de
rayos a y b para las
emisiones del torio y del
uranio.
• Reconocido como el
padre de la física
nuclear.

Radiactividad. Procesos
Nucleares
• Decaimiento a: un
núcleo inestable emite
una partícula formada
por dos protones y dos
neutrones.
• El núcleo “hijo” será dos
unidades menor que el
“padre” en su número
atómico, y cuatro
unidades menor en su
masa atómica.

Decaimiento a

Decaimiento b
• Decaimiento b-: el átomo emite un electrón y
un antineutrino, por lo que su número
atómico aumenta en 1.

Decaimiento b
• Decaimiento b+: el átomo emite un positrón y
un neutrino, por lo que su número atómico
disminuye en 1.

Decaimiento g
• Después de ocurrir
un decaimiento a o
b, el núcleo hijo
permanece en un
estado excitado.
• Para llegar a su
estado base, emite
entonces un fotón y
libera energía.

Fisión Nuclear
• Un núcleo se fisiona
o “parte” al recibir
una partícula
incidente,
generando
productos, energía y
partículas
subatómicas.

Fisión Nuclear
• La fisión nuclear
puede ser contenida
y aprovechada para
generar energía, a
través de una
reacción nuclear en
cadena

Fisión Nuclear
• Dicha generación puede usarse para producir
electricidad en centrales nucleoeléctricas:

Fisión Nuclear
• O para construir
armamento

Fusión Nuclear
• Varias partículas
atómicas se unen
para formar un
núcleo más pesado.
• Dependiendo de la
masa de las
partículas, se
liberará o absorberá
energía.

Fusión Nuclear
• También existe la
fusión nuclear en
cadena, proceso
que en diversas
formas ocurre en las
estrellas y en el Sol.

Fusión Nuclear
• La generación de energía por este medio se encuentra todavía
en etapa de investigación.

Fusión Nuclear
• Aunque para
el desarrollo
de
armamento,
los avances y
pruebas han
sido
considerables.

Crossroads-Baker (24-julio-1946)

Utilidad y Aplicaciones
• Las radiaciones ionizantes y la energía
nuclear, se han aplicado en diversos
campos de la actividad humana, para
satisfacer un amplio espectro de
necesidades.
• Existen aplicaciones en investigación,
en la industria y en la medicina.

Ejemplos de Aplicaciones
• Una de las primeras aplicaciones fue la radiografía
para diagnóstico (utilizando rayos-x)

Aplicaciones Médicas
• Diagnóstico (radiografía, fluoroscopía,
tomografía computarizada)

• Diagnóstico e Investigación

• Terapia (tele- y braqui-)

Aplicaciones Industriales
• Radiografía de soldaduras y juntas en
vasijas de presión, motores de
aeronaves, tuberías.

• Irradiación de alimentos

• Irradiación y esterilización de equipos y
materiales

• Medidores
de nivel

• Prospección geológica
• Densitometría de suelos

Aplicaciones Espaciales

Aplicaciones Meteorológicas y de
Navegación

Aplicaciones Varias

¡¿?!
• The Radium Girls vs U. S. Radium Corporation
(relojes militares luminosos; Orange, New Jersey,
USA; 1917-1926)

¡Ouch!
• Accidente en un
irradiador industrial
(60Co en lápices), cuyo
bastidor se atoró y fue
desatascado sin seguir
procedimientos
apropiados (5 de
febrero de 1989,
irradiador industrial
cerca de San Salvador)

¡Ouch!
• Gilan, Irán, 24 de
julio de 1996. Un
trabajador recogió
un “objeto brillante
metálico” (185 GBq
de 192Ir), lo guardó
en la bolsa derecha
de su overol, y lo
manipuló varias
veces.

¡Mmmm!
• Sobre exposición de
los pacientes (San
José, Costa Rica,
agosto y septiembre
de 1996)

¡Hummm!
• Generadores
termoeléctricos
parcialmente
desmantelados y
abandonados en
diversos lugares de
la ex- Unión
Soviética.

¡Precaución!
• El uso de material
radiactivo y el
aprovechamiento de las
radiaciones ionizantes,
exige competencias
desarrolladas
(conocimientos,
habilidades y actitudes).
• El mal uso y el abuso
siempre provocarán
problemas.

Efectos Biológicos
• La radiación ionizante puede cambiar la
estructura atómica y molecular (se rompen
moléculas y se forman nuevos enlaces
intermoleculares).
• Se da lugar a la producción de radicales
libres.
• Se manifiestan daños a moléculas
necesarias para el desarrollo de los procesos
celulares (DNA, RNA, proteínas).

Efectos a nivel celular
• Los radicales libres
pueden interactuar
con la membrana
celular, o con los
organelos celulares
• Las radiaciones
pueden dañar el
núcleo de la célula.

Efectos a nivel celular
• La célula puede recuperarse reparando
su DNA y las demás moléculas que
requiere para vivir,
• La célula muere (apoptosis), o
• La célula sobrevive, pero con daños en
su DNA (mutación).

Clasificación de los efectos
• Somáticos: se manifiestan durante la
vida del individuo irradiado; estos
efectos a su vez, pueden ser de
manifestación inmediata o retardada.
• Genéticos o hereditarios: los efectos se
manifiestan en la descendencia del
individuo.

Clasificación de los efectos
• Estocásticos: aquéllos para los cuales
la probabilidad de que un efecto ocurra,
más que su severidad, es función de la
dosis, sin que exista un umbral.
• No estocásticos: aquéllos en los que la
severidad del efecto varía con la dosis;
existe un valor umbral.

Somáticos inmediatos:
• Aparecen en el individuo irradiado, en
un lapso de días o pocas semanas.
• Son no estocásticos.
• Se pueden manifestar en un órgano o
parte del cuerpo, o en todo el
organismo (síndromes agudos).

Somáticos tardíos:
• Se manifiestan entre diez y cuarenta años.
• Ocurren aleatoriamente en un grupo de
individuos irradiados.
• Son estocásticos; no es posible establecer
una relación dosis-efecto individual.
• La relación entre el efecto y la dosis, sólo
puede establecerse sobre grandes grupos de
población irradiada, como un incremento en
la probabilidad de que ocurra dicho efecto
por encima de su incidencia natural.

Genéticos:
• Afectan a la descendencia. Pueden aparecer en la
primera generación, en cuyo caso el daño se dice
que son dominantes.
• Con mayor frecuencia, el efecto se manifiesta en
individuos de las generaciones sucesivas
(enfermedades hereditarias, defectos mentales,
anormalidades del esqueleto, etcétera).
• Son estocásticos: dependen de la probabilidad de
que una célula germinal, con una mutación relevante,
tome parte en la reproducción.

Magnitudes y Unidades
• Magnitud: actividad o
número de
desintegraciones
nucleares por unidad de
tiempo.
• Símbolo: A
• Unidad anterior: curie
(Ci); aproximadamente
la actividad de un
gramo de 226Ra
(3.7X107
desintegraciones por
segundo)
• Unidad actual (SI):
becquerel (Bq): una
desintegración por
segundo)

• Mangitud:
exposición o
capacidad de
ionización.
• Cargas eléctricas
generadas por
unidad de volumen
en un material.
• Símbolo: X
• Unidad: röntgen (R):
liberación de una
unidad de carga
electrostática por
centímetro cúbico
de aire.
• 1 R = 1sC/cm3
• Unidad SI: C/kg de
aire

• Magnitud: dosis
absorbida.
• Energía depositada
por la radiación, en
un volumen de
material, por unidad
de masa de dicho
material.
• Símbolo: D
• rad: cien ergs de
energía depositada
en un gramo de
masa.
• gray (Gy): un joule
de energía
depositada en un
kilogramo de masa.
• 1 Gy = 100 rad

• Magnitud: dosis
equivalente para el
órgano o tejido T.
• Considera los
efectos que
diferentes
radiaciones tienen
sobre diferentes
tejidos u órganos.
• Símbolo: HT
• rem
• SI: sievert (Sv)
• 1 Sv = 100 rem

Reglamentación y Normatividad
• Para evitar que las dosis sean
perjudiciales para la salud, se
establecen límites.
• Los límites se establecen para evitar
que aparezcan los efectos no
estocásticos, y para disminuir la
probabilidad a un valor aceptable, de
ocurrencia de los efectos estocásticos.

• Desde los tiempos iniciales en los que
descubridores y experimentadores trabajaron
con radiaciones ionizantes, los daños
provocados por tubos catódicos y sustancias
radiactivas fueron padecidos.
• Se identificó así la necesidad de establecer
un concepto de protección contra las
radiaciones ionizantes.

• 1915: British Roentgen Society. Primera acción organizada para
la protección contra la radiación
• 1921 y 1927: primeras recomendaciones emitidas por el X-ray
and Radium Protection Committee.
• 1950: el X-ray and Radium Protection Committee cambia su
denominación a International Commission on Radiation
Protection. Hasta la fecha, es la organización aceptada a nivel
mundial en materia de protección radiológica.
• 1956: el Organismo Internacional de Energía Atómica
fundamenta sus normas básicas de seguridad en las
recomendaciones de la ICRP.
• 1962: Safety Series No. 1: publicación de “Safe Handling of
Radionuclides”, por el Organismo Internacional de Energía
Atómica.

Valores
• Dosis superficial: 600 mrem/semana (6
mSv/semana) y dosis profunda: 300
mrem/semana (3 mSv/semana), para evitar
daños evidentes.
• 5 rem/año (ICRP-2, 1959) para evitar daños
genéticos.
• 50 mSv (5000 mrem) anuales (ICRP-26,
1977) para considerar exposición interna y
externa; cáncer considerado como el efecto a
evitar.

Valores
• 20 mSv (2000 mrem) para exposición
ocupacional (ICRP-60, 1990),
promediados en un lapso de cinco años
(100 mSv en cinco años), con un límite
de 50 mSv en un año cualesquiera.
• Se corregía la subestimación de la
probabilidad de aparición de cáncer
(estudios de sobrevivientes de Japón).

Efectos agudos por sobre
exposición a cuerpo entero
• Síndrome cerebro-vascular: más de 100 Gy;
náuseas, vómito, dolor abdominal y de cabeza;
desorientación y pérdida de coordinación muscular;
muerte en horas.
• Síndrome del Sistema Nervioso Central: 20 Gy; daño
al sistema nervioso central y órganos;
desorientación en segundos; inconciencia en
minutos; muerte en horas o semanas.
• Síndrome gastrointestinal: 8 Gy o más; vómito, dolor
de estómago y diarrea; septicemia; muerte segura si
dosis mayor a 10 Gy.
• Síndrome hematopoyético: 2 a 8 Gy; náusea y
vómito en horas; fase latente sin síntomas;
enfermedad manifiesta en semanas con escalofríos,
úlceras en mucosas, hemorragia en piel; si el

Efectos retardados
• Aumento en la incidencia de leucemia
en radiólogos norteamericanos: 1
Gy/año.
• Aumento en la incidencia de leucemia
en los sobrevivientes de Hiroshima y
Nagasaki ubicados en un radio de 1500
metros del hipocentro.

Efectos retardados
• Cáncer en los huesos por incorporación
de radio (“Radium Girls”).
• Elementos “buscadores de huesos”,
como el estroncio-90, el cerio-144 y el
prometio-144, tienden a acumularse en
la estructura ósea y provocar dosis
tanto a las células óseas y a los
órganos formadores de sangre.

Efectos retardados
• Cáncer de pulmón: “enfermedad de los
mineros” de los Montes Cárpatos
debida a la exposición al radón.
• Aumento en la incidencia de cáncer
pulmonar en trabajadores mineros de
Estados Unidos, Canadá y Suecia.

Efectos retardados
• Cáncer de tiroides:
aumento en la
incidencia de niños y
adolescentes tratados
con rayos X, para
combatir tiña y acné.
• Aumento en la
incidencia por
precipitación debida a
pruebas nucleares
(Castle Bravo)

Efectos retardados
• Aumento en la
incidencia de cáncer
de tiroides en
habitantes jóvenes
de Ucrania
(Chernobyl, 1986)

Protección contra las radiaciones
La protección contra las radiaciones debe
considerarse:
• Como un aspecto fundamental de salud
pública.
• Como un problema que requiere soluciones
técnicas eficientes y eficaces.
• Como un tema de investigación científica
continua.

¡Gracias!
Guillermo Alcocer
galcocer@cnsns.gob.mx
Extensión 418

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